清华大学赵海燕课题组–真空冷冻干燥法制氧化石墨烯/Fe2O3纳米复合材料高效催化热分解高氯酸铵

这里，通过真空冷冻干燥法合成制备了GO/Fe2O3 纳米复合材料，用于热分解高氯酸铵 (AP) 。一系列表征结果表明，冷冻干燥处理后的 GO 与原始 GO 一致。透射电子显微镜 (TEM) 和扫描电子显微镜 (SEM) 分析显示，氧化铁纳米颗粒锚定在GO片之间。探究了Fe2O3: GO不同比例下对AP的催化作用，其中3 wt% GO/Fe2O3纳米复合材料相对于纯AP，对应的AP热分解温度大大降低。采用第一性原理计算阐述了协同效应，结果表明，催化剂中石墨烯的存在，可以降低AP热分解反应期间的活化能垒（约 17% ）以增强催化效果。

Figure 1. (a) Fe2O3 和 GO/Fe2O3 纳米复合材料的 XRD 谱，(b) 冷冻干燥后GO和原始 GO 的 XRD 谱。(c) 原始 GO 和样品1的 FT-IR 光谱，(d) 样品2至样品5的 FT-IR 光谱。

Figure 2. GO /Fe2O3 杂化物的(a) 制备和结构示意图。(b) Fe2O3的HRTEM 图像，(c) Fe2O3 纳米粒子的尺寸分布。(d) 样品的扫描电镜图像，(e) 样品1的 HRTEM 图像。

Figure 3. (a) 含和不含 GO/Fe2O3 纳米复合材料的 AP 热分解的 DSC 曲线；(b) 放热过程中有和没有催化剂的 AP 分解情况。

Figure 4．(a) AP 分解为 NH3 和 HClO4 的反应曲线。(b) 不同催化剂之间的比较。(c) 石墨烯涉及的反应过程示意图。(d) 不含石墨烯的反应过程示意图。

该研究工作由清华大学Haiyan Zhao课题组于2021年发表在Langmuir期刊上。原文：Graphene Oxide/Fe2O3 Nanocomposite as an Efficient Catalyst for Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate via the VacuumFreeze-Drying Method。